Хлорид алюмінію

ОПИС [RU]

Хлорид алюминия, также известный как трихлорид алюминия, представляет собой неорганическое соединение с формулой AlCl3. Образует гексагидрат с формулой [Al(H2O)6]Cl3, содержащий шесть молекул гидратированной воды. И безводная форма, и гексагидрат представляют собой бесцветные кристаллы, но образцы часто загрязнены хлоридом железа (III), что придает им желтый цвет.

Безводная форма коммерчески важна. Она имеет низкую температуру плавления и кипения. В основном он производится и потребляется при производстве алюминия, но в больших количествах также используется в других областях химической промышленности. Это соединение часто называют кислотой Льюиса. Это пример неорганического соединения, которое обратимо превращается из полимера в мономер при умеренной температуре.

AlCl3 имеет три структуры в зависимости от температуры и состояния (твердое, жидкое, газообразное). Твердое вещество AlCl3 имеет листовидную слоистую структуру с кубическими плотно упакованными хлорид-ионами. В этой структуре центры Al демонстрируют октаэдрическую координационную геометрию. Хлорид иттрия (III) имеет ту же структуру, что и ряд других соединений. Когда трихлорид алюминия находится в расплавленном состоянии, он существует в виде димера Al2Cl6, с тетракоординированным алюминием. Это изменение структуры связано с более низкой плотностью жидкой фазы (1,78 г/см3) по сравнению с твердым трихлоридом алюминия (2,48 г/см3). ДимерыAl2Cl6 также находятся в паровой фазе. При более высоких температурах Al2Cl6 димеры диссоциируют на тригональные плоские мономерAlCl 3, структурно аналогичный BF3. Расплав плохо электричество,] в отличие от более галогенидов, таких как хлорид натрия.

Мономер хлорида алюминия принадлежит к точечной группе D3h в мономерной форме и D2h в димерной форме.

Гексагидрат состоит из октаэдрических катион[Al(H2O)6] 3 + центры и хлоридные анионы (Cl−) в качестве противоионов. Водородные связи связывают катион и анионы. Гидратированная форма хлорида алюминия имеет октаэдрическую молекулярную геометрию, с центральным ионом алюминия, окруженным шестью молекулами водного лиганда. Будучи координационно насыщенным, гидрат не представляет большой ценности в качестве катализатора в алкилировании Фриделя-Крафтса и связанных с ним реакциях.

AlCl3 является распространенным катализатором кислоты Льюиса для реакций Фриделя-Крафтса, как ацилирования, так и алкилирования. Важными продуктами являются моющие средства и этилбензол. Эти типы реакций являются основным применением хлорида алюминия, например, при получении антрахинона (используемого в промышленности красителей) из бензола и фосгена. В общей реакции Фриделя-Крафтса ацилхлорид или алкилгалогенид вступает в реакцию с ароматической системой.

Реакция алкилирования используется более широко, чем реакция ацилирования, хотя ее применение более технически сложное. Для обеих реакций хлорид алюминия, а также другие материалы и оборудование должны быть сухими, хотя для протекания реакции необходимо небольшое количество влаги. Доступны подробные процедуры алкилирования и ацилирования аренов.

Общая проблема реакции Фриделя-Крафтса заключается в том, что иногда требуется катализатор на основе хлорида алюминия в полных стехиометрических количествах, поскольку он сильно связывается с продуктами. Из-за этого осложнения иногда образуется большое количество коррозионных отходов. По этим и подобным причинам использование хлорида алюминия часто заменялось цеолитами.

Хлорид алюминия также можно использовать для введения альдегидных групп в ароматические кольца, например, с помощью реакции Гаттермана-Коха, в которой используются монооксид углерода, хлористый водород и сокатализатор.

Хлорид алюминия находит множество других применений в органической химии. Например, он может катализировать реакцию ene, такую как добавление 3-бутен-2-она (метилвинилкетона) к карвону. Он используется для индуцирования различных углеводородных соединений и перегруппировок.

Хлорид алюминия в сочетании с алюминием в присутствии арена может быть использован для синтеза бис (ареновых) металлокомплексов, например, бис (бензол) хрома, из некоторых галогенидов металлов с помощью синтеза Фишера–Хафнера. Дихлорфенилфосфин получают реакцией бензола и треххлористого фосфора, катализируемой хлоридом алюминия.

Гексагидрат хлорида алюминия для местного применения используется для лечения гипергидроза (повышенного потоотделения).

Безводный хлорид алюминия представляет собой мощную кислоту Льюиса, способную образовывать аддукты кислотно-щелочной системы Льюиса даже со слабыми основаниями Льюиса, такими как бензофенон и мезитилен. Образует тетрахлоралюминат ([AlCl4]−) в присутствии ионов хлорида.

Хлорид алюминия вступает в реакцию с гидридами кальция и магния в тетрагидрофуране, образуя тетрагидроалюминаты.

Безводный хлорид алюминия гигроскопичен, обладает очень выраженным сродством к воде. Он испаряется во влажном воздухе и шипит при смешивании с жидкой водой, поскольку лиганды Cl− замещаются молекулами H2O с образованием гексагидрата [Al(H2O)6]Cl3. Безводная фаза не может быть восстановлена при нагревании гексагидрата. Вместо этого теряется HCl, оставляя гидроксид алюминия или оксид алюминия (aluminium oxide):

[Al(H2O)6]Cl3 → Al (OH) 3 + 3 HCl + 3 H2O

Как водные комплексы металлов, водные AlCl3 является кислым из-за ионизации водных лигандов:

[Al(H2O)6]3+ ⇌ [Al(OH) (H2O)5]2+ + H+

Водные растворы ведут себя как и другие алюминиевые соли , содержащие гидратированный ионыAl 3+, образующие желеобразный осадок гидроксида алюминия при реакции с разбавленным гидроксидом натрия:

AlCl3 + 3 NaOH → Al (OH)3 + 3 NaCl

Хлорид алюминия производится в больших масштабах путем экзотермической реакции металлического алюминия с хлором или хлористым водородом при температурах от 650 до 750 ° C (от 1202 до 1382 ° F).

2 Al + 3 Cl2 → 2 AlCl3
2 Al + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2

Хлорид алюминия может образовываться в результате реакции однократного вытеснения между хлоридом меди (II) и алюминием.

2 Al + 3 CuCl2 → 2 AlCl3 + 3 Cu

В США в 1993 году было произведено около 21 000 тонн, не считая количества, потребляемого при производстве алюминия.

Гидратированный трихлорид алюминия получают растворением оксидов алюминия в соляной кислоте. Металлический алюминий также легко растворяется в соляной кислоте, выделяя газообразный водород и выделяя значительное количество тепла. При нагревании этого твердого вещества не образуется безводный трихлорид алюминия, гексагидрат разлагается до гидроксида алюминия при нагревании:

[Al(H2O)6]Cl3 → Al (OH) 3 + 3 HCl + 3 H2O

Алюминий также образует более низкий хлорид, хлорид алюминия (I) (AlCl), но он очень нестабилен и известен только в паровой фазе.

Безводный хлорид алюминия не встречается в качестве минерала. Однако гексагидрат известен как редкий минерал хлоралюминит. Более сложным, основным и гидратированным минералом хлорида алюминия является кадваладерит.

Безводный AlCl3 активно реагирует с основаниями, поэтому требуются соответствующие меры предосторожности. При вдыхании или контакте может вызывать раздражение глаз, кожи и дыхательной системы.